基于Poincare散点图与谱分析法的T波交替检测

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近年研究表明,心电图中反映出的T波交替(T-wave alternans, TWA)现象,是预测恶性心律失常和心源性猝死的有效的独立预测因子,是最具预测价值的无创性心电指标。显性TWA现象非常少见,一旦出现,病人常进展为室颤和猝死,而大部分TWA是微伏级的,是体表心电图上肉眼不能轻易分辨的,因此微伏水平的TWA需要通过一定的信号处理技术来进行计算和测量。本文围绕谱分析法和Poincare散点图法这两种方法进行检测TWA的研究,以EuropeanST-T Database标准心电数据库和MIT-BIH心律失常数据库的心电信号中的128个连续心拍作为检测对象。在介绍了课题背景意义及相关领域的研究现状后,主体研究内容如下:心电信号预处理部分,这一部分包括对心电信号的去噪和检测点的确定。首先,明确了几种常见心电噪声的来源和频率范围,介绍了常见去噪方法,结合本文去噪算法,利用简单整系数法去除工频干扰,详细描述了利用小波变换去除肌电干扰和基线漂移。然后,利用小波变换进行心电信号QRS波群的标定,在此基础上找到T波的始末位置和峰值。以1/6个T波长度均值为间隔,在峰值前后各标3个点,构成7*128个检测点集合。TWA检测部分,使用了两种算法。首先,使用谱分析法检测,通过快速傅里叶变换将7*128个采样点的幅值变化转变成功率谱并进行叠加和归一化,通过0.5周期每心拍处谱值减去背景噪声的值,来判定是否存在TWA,如果存在,其谱值开方即为交替幅值。然后,利用散点图法检测。相邻心拍T波差分后组成新序列,并由差分序列作出散点图。形态上,存在T波交替的散点图与正常T波存在明显区别,存在T波交替则散点分布在以x+y=0为轴线的附近,形成类似椭圆的扁圆形状;而正常T波形成的散点会以原点为中心均匀分布,散点形状接近圆形。根据形态区别和T波交替的幅值变化特点进一步研究散点中有效的定量指标,并找出判定是否存在T波交替的合适阈值。仿真结果的统计分析部分,经过大量的仿真测试,对两种方法的检测数据进行分析,运用统计学知识,运用一致性检验证明散点图量化指标与谱分析法的结论具有一致性。可以认为散点图量化指标具有优越的敏感性,是检测TWA的有效指标。并提出多种指标综合起来对TWA进行可能性分级。最后,对两种检测方法进行总结和展望,虽然可以证明散点图法不仅直观而且可以提供有效量化指标,但是这方面的研究还很少,下一步的研究工作可以进行更多的数据补充,指标的改进以及新指标的发掘,利用Poincare散点图法检测TWA的研究仍有很大提升空间。
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